与金属超表面相比，全介质超表面具有较低的欧姆损耗和较尖锐的共振峰。提出了一种基于“θ”形全介质硅超表面的双参数传感器。通过增加空孔破坏周期单元结构的对称性，从而产生两个Fano共振峰，其中第一个Fano共振峰为连续域中的准束缚态（QBIC），两个峰的光谱对比度分别为71.4%和99.4%。利用商用多物理场仿真软件COMSOL对该超表面周期结构进行模拟仿真，结果表明，传感器在两个Fano共振峰处的折射率传感灵敏度分别为278.9 nm·RIU^-1和230.0 nm·RIU^-1，优值（FOM）最大为9387，品质因子（Q）最大为9735。本传感器能够同时实现折射率和温度的双参数测量，仿真结果显示两个共振峰的温度传感灵敏度分别为18.86 pm·℃^-1和42.71 pm·℃^-1。

针对传统室内定位算法精度较低的问题, 提出一种基于Elman神经网络的室内定位算法。使用Elman神经网络进行指纹库插值扩充, 完备指纹库, 两者结合减少定位误差, 并对该算法模型进行了实验验证。实验结果表明: 在0.8 m×0.8 m×0.8 m环境中, 所提算法的平均定位误差为4.6 cm, 满足室内定位对于精度的要求。

针对基于神经网络的可见光室内定位技术存在训练速度慢、泛化能力弱而导致定位精度不高的问题, 提出采用天牛须搜索(BAS)算法优化神经网络的可见光定位方法, 搭建了0.8 m×0.8 m×0.8 m的实测模型。该方法使用BAS算法优化神经网络的连接权重矩阵, 拟合了室内无线信道参数, 实现室内定位。仿真与实验结果表明: 该方法仿真时的平均定位误差不超过3.42 cm, 比神经网络训练速度提升40%; 实验时, 在高度h=0.25 m的平面测得平均定位误差不超过4.0 cm。

表面增强拉曼散射(SERS)是一种能够在低浓度(体积分数)下精确检测物质成分的光谱学技术。当采用金属纳米结构时,其局域表面等离激元共振(LSPR)导致的电磁场增强能够实现SERS增强。近年来,各种LSPR金属纳米结构被用于SERS研究,如纳米天线、纳米孔、纳米槽等。但这些结构一旦被加工完成后将不可改变,进而无法满足拉曼检测对灵活性的需求,而光镊能够解决这一问题。提出一种采用光力捕获金纳米立方体,并利用光热对流进一步促成金纳米立方体聚集的方法,实现了对低浓度(10 ^-12 mol/L)下拉曼分子信号的显著增强和探测,并且其增强效果优于金纳米球。与传统的SERS相比,所提方法具有实时操作、动态操作和原位操作的优势,在生物细胞探测、物质成分与结构分析、分子传感等重要领域具有潜在的应用价值。

基于Z、X、B三轴联动的数控机床, 提出了一种高次非球面的等端切角加工方法, 采用等弦长离散非球面型线, 并保持端切角恒定来计算数控机床的运行轨迹。等弦长可避免非球面型线因斜率变化引起的加工误差, 等端切角加工方法保证磨头同一工作点完成工艺过程, 提高加工精度和工艺稳定性。另外, 通过编程模拟了等端切角法加工高次非球面的工艺过程, 分析了端切角δ和距离C对机床工艺行程的影响, 并指出两个参数的选取应使机床工艺行程满足: 不存在磨头与工件之间的物理干涉; 不存在Z、X向导轨和B轴的反向运行, 避免将传动间隙误差引入到工件中; 运行控制点的步距不得小于设备运行精度, 避免机床跨点突进产生棱带误差; 机床运行的工艺行程应尽量小以提高加工效率。因磨头磨损带来的加工误差, 可通过磨头修锐或使用磨损边缘点作为工作点并重新编制数控加工程序来消除。

在光学系统中使用非球面可以有效校正像差，改善像质，进而简化系统结构;并且增大系统口径可以从根本上提高系统的分辨本领，因此在基础科学研究、天文学宇宙探测以及**安全等领域都对大口径非球面镜有着迫切需求。大口径非球面的制造在现代光学制造工程中扮演着重要的角色。本文以大口径非球面镜的先进制造为主题，对大口径非球面镜的光学加工技术，特别是研磨抛光技术及其过程中所采用的面形检测方法进行了综述，特别总结了新一代先进光学制造的技术特征，展望了未来大口径非球面镜的制造策略。

利用原子力显微镜(AFM)、荧光显微成像系统以及时间分辨单光子计数(TCSPC)系统,对金纳米球(AuNS)-银纳米线(AgNW)耦合结构纳米间隙内的量子点荧光自发辐射增强以及表面等离激元(SPP)传导特性进行研究。实验使用两种方式实现了金纳米球和银纳米线间的耦合。第一种方式为:将金纳米球和量子点的混合溶液及银纳米线溶液依次涂覆到SiO2基片上,寻找随机存在的金纳米球-银纳米线耦合结构。第二种方式为:利用AFM进行纳米操纵,在SiO2基片上实现了可控的金纳米球和银纳米线耦合结构。利用该结构,实现了最高达到611的量子点自发辐射速率增强因子,同时也观测到了被增强的荧光激发SPP沿银纳米线传导。利用COMSOL Multiphysics仿真软件,对金纳米球-银纳米线耦合结构附近不同位置和偏振的量子点自发辐射速率增强因子进行了模拟计算,并且和单个金纳米球、单根银纳米线附近量子点自发辐射速率增强因子进行了对比,结果表明金纳米球-银纳米线耦合结构能够获得更高的自发辐射速率增强因子。计算了量子点激发的银纳米线上SPP的场分布,得到了与实验相符的结果。

采用电磁场有限元方法, 数值模拟了孔径型扫描近场光学显微镜(aperture Scanning Near-field Optical Microscopy, a-SNOM)在照明模式下的工作过程.针对金偶极天线结构, 改变天线 长度和纳米间隙尺寸, 计算了a-SNOM探针孔径的远场辐射速率随探针端面中心坐标变化的扫描曲线, 实现了超越a-SNOM探针通光孔径尺寸的天线金属纳米间隙的超分辨测量, 对于100 nm通光孔径的 探针, 可分辨最小尺寸为10nm(0.016倍波长)的金属间隙.通过对比金属和介质偶极天线的a-SNOM探针远场辐射速率测量的计算结果, 表明天线金属纳米间隙的超分辨测量的实现是由于金属间隙表面 等离激元的激发.

奇异点是非厄米系统参数空间中至少两个本征值和相应本征态同时简并的点,奇异点附近的异常光学现象,尤其是本征频率分裂对极小微扰的敏感特性,在超灵敏光学传感中有重要应用。本文主要结合近几年国内外关于奇异点的研究,介绍了奇异点及其在光学传感方面的相关理论,分析了奇异点传感和狄拉克点传感的不同;并着重总结奇异点传感在纳米颗粒检测、温度传感、折射率传感、光学陀螺仪和石墨烯生物化学传感等方面的最新研究进展。